4.1.4. Эквивалентная схема диода

С учетом полученных дифференциальных параметров можно построить эквивалентную малосигнальную схему диода для низких частот (рис. 4.3а, б, в). В этом случае наряду с уже описанными элементами – дифференциальным сопротивлением (рис. 4.3а) и емкостями диода (рис. 4.3б) необходимо учесть омическое сопротивление квазинейтрального объема базы (r_об) диода. Сопротивление квазинейтрального объема эмиттера можно не учитывать, поскольку в диодах эмиттер обычно легирован существенно более сильно, чем база.

Рис. 4.3. Приборные характеристики и эквивалентная малосигнальная схема для выпрямительных диодов [23, 24]:

а) зависимость дифференциального сопротивления диода ГД402 от величины тока при прямом смещении;б) зависимость емкости диода ГД402 от обратного напряжения;в) эквивалентная малосигнальная схема диода для низких частот

4.2. Варикапы

Зависимость барьерной емкости С_Бот приложенного обратного напряженияV_Gиспользуется для приборной реализации. Полупроводниковый диод, реализующий эту зависимость, называетсяварикапом. Максимальное значение емкости варикап имеет при нулевом напряженииV_G. При увеличении обратного смещения емкость варикапа уменьшается. Функциональная зависимость емкости варикапа от напряжения определяется профилем легирования базы варикапа. В случае однородного легирования емкость обратно пропорциональна корню из приложенного напряженияV_G. Задавая профиль легирования в базе варикапаN_D(x), можно получить различные зависимости емкости варикапа от напряженияC(V_G) – линейно убывающие, экспоненциально убывающие. На рисунке 4.4 показана зависимость емкости варикапов различных марок от приложенного напряжения.

Рис. 4.4. Конструкция варикапа (а) и зависимость емкости варикапа от напряжения для различных варикапов (б – КВ116А,в – КВ126А,г – КВ130А) [23, 25]

4.3. Влияние генерации, рекомбинации и объемного сопротивления базы на характеристики реальных диодов

В реальных выпрямительных диодах на основе p‑nперехода при анализе вольт‑амперных характеристик необходимо учитывать влияние генерационно-рекомбинационных процессов в обедненной областиp‑nперехода и падение напряжения на омическом сопротивлении базыp‑nперехода при протекании тока через диод.

При рассмотрении влияния генерационно‑рекомбинационных процессов в ОПЗ p‑nперехода будем считать, что доминирующим механизмом генерационно-рекомбинационного процесса является механизм Шокли – Рида. В этом случае для моноэнергетического рекомбинационного уровня, расположенного вблизи середины запрещенной зоны полупроводника, выражение для темпа генерации (рекомбинации) имеет вид:

. (4.6)

Параметры, входящие в соотношение 4.10, имеют следующие значения:

γ_n,γ_p– вероятности захвата электронов и дырок на рекомбинационный уровень;

N_t– концентрация рекомбинационных уровней;

n,p– концентрации неравновесных носителей;

n₁,p₁– концентрации равновесных носителей в разрешенных зонах при условии, что рекомбинационный уровень совпадает с уровнем Ферми.

Из уравнений 4.6 и 1.20 следует, что при прямом смещении (V_G > 0) произведение концентрации неравновесных носителейp·nбудет больше, чем произведение концентрации равновесных носителейp₁·n₁(p·n > p₁·n₁). Следовательно, правая часть уравнения 4.6 будет положительная, а скорость изменения концентрации неравновесных носителейdn/dtбудет отрицательной. Таким образом, концентрация неравновесных носителей будет убывать и рекомбинация будет преобладать над генерацией.

При обратном смещении (V_G < 0) соотношения будут обратными, концентрация неравновесных носителей будет возрастать и генерация будет преобладать над рекомбинацией. Рассмотрим более подробно эти процессы.